微带相关传输线

1 o 1 V = 2(V −V2 ) V = 1(V +V2 ) e 2 1
分成奇模和偶模之后， 将 V1 和 V2 分成奇模和偶模之后，就可以针对奇模和 偶模这两种特殊而简单的情况分别进行分析， 偶模这两种特殊而简单的情况分别进行分析 ， 然后再利用 所得结果分析原问题的特性，这就是“奇偶模参量法” 所得结果分析原问题的特性，这就是“奇偶模参量法”。
图 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
耦合微带线结构示意图
二、奇偶模参量法
奇模(Odd Mode)：当给两根微带线输入幅度相等、相位 奇模 ：当给两根微带线输入幅度相等、 相反的电压 Vo 和 −Vo 时，其电场线分布是一种奇对称 分布， 分布，如图 2(a)所示。 这种相对于中心对称面具有奇 ( )所示。 对称分布的模式就称为奇模，用下标“ ” 对称分布的模式就称为奇模，用下标“o”表示 。
三、平行耦合微带线的特性参量
可以看出，奇模激励时 激励时， 从图 2 可以看出，奇模激励时，对称面上电场切向分 量为零， 电壁(Electric Wall)； 偶模激励时 激励时， 量为零，为电壁(Electric Wall)； 偶模 激励时 ， 对称面 上磁场切向分量为零， 磁壁(Magnetic Wall)。 在奇、 因此， 上磁场切向分量为零，为磁壁(Magnetic Wall)。 ，在奇、 因此 偶模激励时， 求其中一根传输线的特性参量时， 偶模激励时 ， 求其中一根传输线的特性参量时 ， 可将另一 根线的影响用对称面处的电( 壁来等效。 根线的影响用对称面处的电(磁)壁来等效。
三、微带线的特性阻抗等参量
由于微带线包含空气和介质基片两种介质， 由于微带线包含空气和介质基片两种介质 ， 为了分析 方便起见，通常引入“ 的概念。 方便起见，通常引入“有效介电常数 εe”的概念。 在微带尺寸及其特性阻抗不变的情况下， 有效介电常数εe: 在微带尺寸及其特性阻抗不变的情况下， 用一均匀介质完全填充微带周围空间， 用一均匀介质完全填充微带周围空间 ， 以取代微带的混合 介质， 介质 ， 该假想均匀介质的相对介电常数称为有效介电常数 εe。 引入有效介电常数以后， 微带线的特性参量就可以用 引入有效介电常数以后 ， 均匀介质来处理了。 ， 微带线的特性阻抗等各参量可由 均匀介质来处理了。 于是， 于是 以下公式确定
一、概述
如果在单根微带线旁边再平行放置一根微带线， 如果在单根微带线旁边再平行放置一根微带线 ， 并使 两根微带线彼此靠得很近则就构成了平行耦合微带线， 两根微带线彼此靠得很近则就构成了平行耦合微带线 ， 如 所示。 和单根微带线一样， 图 1 所示。 和单根微带线一样 ， 平行耦合微带线的工 作模式也是“ 作模式也是“准 TEM 模”，因此也可以作为 TEM 模来处 由于两根线靠得很近， 理。 由于两根线靠得很近 ， 所以彼此之间必有电磁能量的 耦合。 耦合。
εe
β = β0 εe
λ0 λp = εe
vp =
c
εe
8h W Z0 = ln + = εe εe W 4h Z01 60
120π Z0 = = εe εe W/ h + 2.42−0.44W/ h + (1− h/ W)6 Z01 60 8h W Z0 = ln + = εe εe W 4h Z01 1
(a)带状线的演变过程 )
图 2
带状线和微带线的演变过程
不对称微带线通常简称为微带线。 因此， 不对称微带线通常简称为微带线 。 因此 ， 如果不加特 殊说明，平时所说的微带线指的都是不对称微带。 殊说明，平时所说的微带线指的都是不对称微带。 微带线可以看成是由平行双导线演变而来的， 微带线可以看成是由平行双导线演变而来的 ， 其演变 由图可见， 由图可见 ， 在平行双线两圆柱导 过程如图 2(b)所示。 ( )所示。 体间的中心面上放置一个无限薄的导电平板， 体间的中心面上放置一个无限薄的导电平板 ， 因为电场线 仍与导电平板垂直， 没有改变导体表面的边界条件， 仍与导电平板垂直 ， 没有改变导体表面的边界条件 ， 故在 导电平板两侧的场分布没有改变。 导电平板两侧的场分布没有改变。
微带线 (Microstrip line)
一、微带线的结构
微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带条和接地 微带线 是由沉积在介质基片上的金属导体带条和接地 板构成的传输线， 板构成的传输线 ， 其基本结构有对称微带线和不对称微带 线两种形式。 线两种形式。
优点：体积小、重量轻、频带宽、可集成化； 优点：体积小、重量轻、频带宽、可集成化； 缺点：损耗大，效率低，功率容量低。 缺点：损耗大，效率低，功率容量低。
(b)微带线的演变过程 )
图 2
带状线和微带线的演变过程
若再把导体一侧的一根导线去掉， 若再把导体一侧的一根导线去掉 ， 导电平板另一侧的 电磁场分布也不会改变， 电磁场分布也不会改变 ， 此时一根导线与导电平板即构成 一对传输线。 如果再把圆柱导线做成薄带， 一对传输线。 如果再把圆柱导线做成薄带 ， 并在薄带和接 地板间填充高介电常数的介质，即构成微带线。 地板间填充高介电常数的介质，即构成微带线。 尽管微带线 是由平行双线演变而来的， 是由平行双线演变而来的 ， 但由于导体带条与接地板之间 介质的介电常数足够高， 介质的介电常数足够高 ， 电场主要集中在金属导体带条与 接地板之间的介质区域内， 所以微带线的辐射损耗并不大。 接地板之间的介质区域内 ， 所以微带线的辐射损耗并不大 。
图 1
耦合微带线结构示意图
当两根导线中的一根受到信号源的激励时， 当两根导线中的一根受到信号源的激励时 ， 它的一部 分能量将通过分布参数的耦合作用逐步转移给第二根导线， 分能量将通过分布参数的耦合作用逐步转移给第二根导线 ， 而第二根导线又把部分能量再转移给第一根导线， 而第二根导线又把部分能量再转移给第一根导线 ， 而以上 过程又不断地重复进行。 因此， 耦合微带线上的电压、 过程又不断地重复进行。 因此 ， 耦合微带线上的电压 、 电流分布规律是很复杂的。 这一复杂问题， 通常采用“ 电流分布规律是很复杂的。 这一复杂问题 ， 通常采用 “ 奇 偶模参量法”将其分解成两个简单的问题来处理。 偶模参量法”将其分解成两个简单的问题来处理。
(b)微带线的演变过程 )
图 2
带状线和微带线的演变过程
为了减少辐射损耗， 为了减少辐射损耗 ， 通常还将微带线装入金属屏蔽盒 这样就可以使微带线的辐射损耗进一步减少。 中，这样就可以使微带线的辐射损耗进一步减少。 不对称微带线(即标准微带线) 不对称微带线 ( 即标准微带线 ) 是由沉积在介质基片上 的金属导体带条和接地板构成的。 的金属导体带条和接地板构成的。 常用的介质基片材料是 99% Al2O3 瓷、石英蓝宝石或 聚四氟乙烯、玻璃纤维等低损耗介质， 聚四氟乙烯 、 玻璃纤维等低损耗介质 ， 接地板和导体带条 常用铜等良导体做成。 常用铜等良导体做成。
Vo
−Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
偶模(Even Mode)：当给两根微带线输入幅度相等、 偶模(Even Mode)：当给两根微带线输入幅度相等、相位相 同的电压 Ve 时，其电场线分布是一种相互排斥的偶对称分 布，如图 2(b)所示。 这种相对于中心对称面具有偶对称 ( )所示。 分布的模式就称为偶模，用下标“ ”表示。 分布的模式就称为偶模，用下标“e”表示。
Vo
−Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
当给两线输入的是任意电压 V1 和 V2 时，可以把 V1 和 V2 分解成一对奇、偶模分量，使 V1 等于两分量之和，V2 分解成一对奇、偶模分量， 等于两分量之和， 等于两分量之差， 等于两分量之差，即 V = V +V 1 e o V2 = V −V e o 由上式可解得相应的奇模电压 Vo 和偶模电压 Ve，即
Vo
−Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
当给两线输入的是任意电压 V1 和 V2 时，可以把 V1 和 V2 分解成一对奇、偶模分量，使 V1 等于两分量之和，V2 分解成一对奇、偶模分量， 等于两分量之和， 等于两分量之差， 等于两分量之差，即 V = V +V 1 e o V2 = V −V e o 由上式可解得相应的奇模电压 Vo 和偶模电压 Ve，即
图1
微带线结构示意图
带状线可以看成是由同轴线演变而来的， 带状线可以看成是由同轴线演变而来的 ， 其演变过程 由图可见， 由图可见 ， 若将同轴线的外导体对半 如图 2(a)所示。 ( )所示。 切开， 并把这两半导体分别向上、 下方向展平， 切开 ， 并把这两半导体分别向上 、 下方向展平 ， 把内导体 做成扁平状即构成了带状线。 做成扁平状即构成了带状线。 没有色散。另外， 带状线中的工作模式是纯 TEM 模，没有色散。另外， 带状线没有辐射，损耗小，效率高 带状线没有辐射 ， 损耗小 ， 效率 高 ， 适于做高性能的无源 微波元件。 微波元件。 但是， 带状线不便于外接固态器件， 但是 ， 带状线不便于外接固态器件 ， 不宜用于微波有 源电路，因此本节将不对此做详细讨论。 源电路，因此本节将不对此做详细讨论。
上面两式中有效介电常数可按下面经验公式计算
h εe = + 1+10 2 2 W
上式的精度为 2％。 ％
εr +1 εr −1
1 − 2
为了工程应用的方便， 为了工程应用的方便 ， 通过计算机把计算结果列成了 表格供设计者使用
平行耦合微带线
一、概述 二、奇偶模参量法 三、平行耦合微带线的特性参量
Vo
−Vo
Ve
Ve
图 2
平行耦合带线的奇偶模电场线分布
求解这种边界条件下传输线的特性参量， 便可得到奇、 求解这种边界条件下传输线的特性参量 ， 便可得到奇 、 偶模激励时的特性参量， 偶模激励时的特性参量 ， 由此便可求得平行耦合微带线的 特性参量。 特性参量。 为奇模激励时的特性阻抗， 设 Z0o 为奇模激励时的特性阻抗，Z0e 为偶模激励时的 特性阻抗， 为平行耦合微带线中单根微带线的特性阻抗。 特性阻抗，Z0′ 为平行耦合微带线中单根微带线的特性阻抗。